JP2006023295A - Birefringence-measuring method and birefringence measuring apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガラス又はプラスチック等の材料からなる光学系の被検物の複屈折測定方法及びその装置に関する。 The present invention relates to a birefringence measuring method and apparatus for an optical test object made of a material such as glass or plastic.
近年の光技術の発展による光学素子の高密度化、高精度化に伴い、複屈折による光学素子の性能の低下が問題となる可能性が出てきている。 With the recent increase in the density and accuracy of optical elements due to the development of optical technology, there is a possibility that the performance degradation of the optical elements due to birefringence becomes a problem.
例えば、プラスチック材料から成る成形レンズが普及している。プラスチック成型加工には、複雑な形状の部品でも高い効率で生産できる利点がある反面、加工過程で生じる残留歪によって、加工部品内部に複屈折が発生するという欠点がある。 For example, molded lenses made of plastic materials are widespread. Plastic molding has the advantage that even complex shaped parts can be produced with high efficiency, but has the disadvantage that birefringence occurs inside the machined part due to residual strain generated during the machining process.
又、デジタルカメラや携帯電話に搭載される撮像光学系においては、小型化、高精細化が求められ、特許文献1に示されているような光学素子によるズームレンズも期待されている。特許文献1の光学素子は、例えばプラスチックやガラス等の透明体により成形された素子内部を光線が反射を繰り返すことで像を形成している。この場合にも、素子内部の複屈折が大きい場合には結像性能を劣化させる原因となりうる。
Further, in an imaging optical system mounted on a digital camera or a mobile phone, downsizing and high definition are required, and a zoom lens using an optical element as disclosed in
従って、光学素子の偏光への影響を正確に把握し、複屈折による性能の劣化を許容可能な範囲に抑える必要がある。そのためには、各光学素子の偏光特性を正確に測る必要がある。さらに量産性、開発効率の面から考えて、これらの複屈折が高速に測定されることが望ましい。 Therefore, it is necessary to accurately grasp the influence of the optical element on the polarization, and to suppress the deterioration of performance due to birefringence within an allowable range. For this purpose, it is necessary to accurately measure the polarization characteristics of each optical element. Furthermore, in view of mass productivity and development efficiency, it is desirable that these birefringences be measured at high speed.
一方、複屈折の測定方法に関して、偏光測定は楕円率と主軸方向、或は二つの直交座標系での振幅比と相対位相差を測定することに帰着する。良く知られている測定方法として、位相を変調させて測る方法と検光子を回転させて測る方法に分類できる。位相変調法では、光弾性変調器を利用して照射光を変調させ、透明な被検物を透過した光のビート信号と変調信号との位相から複屈折を求めようとしている。回転検光子法では、特許文献2、特許文献3にあるように透明な被検物の背面に置いた検光子を回転させながら検光子の背面の受光素子で透過光を受光し、検光子の回転に伴う受光素子からの受光出力の変化により複屈折を求めようとしている。特許文献3に記載された装置は、直交ニコル態様で配置された偏光子と検光子との間に被検物を配置し、これらを透過する光束の光量を直交ニコルを回転させながらビデオカメラで捉える構成である。測定に当たっては、検出される光強度の最大値と、最大値が出力された際の回転角度を求め、被検物の複屈折量を直交ニコルの回転角度の関数として求めるものである。特許文献3に記載された測定方法は、被検物に入射させる光束の偏光を偏光子と1/4λ板により円偏光として、同様に検光子の回転角と検出される受光強度の変化から複屈折量を求めるものである。
On the other hand, with respect to the birefringence measurement method, polarization measurement results in measuring the ellipticity and principal axis direction, or the amplitude ratio and relative phase difference in two orthogonal coordinate systems. Well-known measurement methods can be classified into a method of measuring by modulating the phase and a method of measuring by rotating the analyzer. In the phase modulation method, the irradiation light is modulated using a photoelastic modulator, and birefringence is obtained from the phase of the beat signal and the modulation signal of the light transmitted through the transparent test object. In the rotating analyzer method, as described in
これらの測定方法は、透明な被検物に細い平行ビームを照射し、被検物からの透過光をフォトダイオード等の受光素子で受光し、被検物の複屈折による透過光の偏光状態の変化を検出することにより被検物の複屈折を求めるものである。 In these measurement methods, a transparent parallel object is irradiated with a thin parallel beam, light transmitted from the object is received by a light receiving element such as a photodiode, and the polarization state of the transmitted light due to birefringence of the object is measured. The birefringence of the test object is obtained by detecting the change.
さらに、特許文献4、特許文献5では、拡大した平行光を被検物に照射し、その透過光をCCDセンサ等の2次元センサで受光することにより、被検物の複屈折を求めるようにしており、複屈折の面計測を可能にしている。
Further, in
また、特許文献6では、被検物と回転検光子の間に位相子を進退可能な構成にし、位相子が介在する状態と介在しない状態で検光子のみを回転させる二つの測定結果を比較することにより、CCDに到達した光の楕円偏光の長軸方向の解析から測定レンジを−λ/4〜λ/4から−λ/2〜λ/2に拡大している。
しかしながら、前記の特許文献2、特許文献3では、かなり多くのポイントで直交ニコル又は検光子の回転に対する光強度を測定しなければならず、測定に時間がかかるという問題がある。さらに、特許文献2においては、被検物に直線偏光を照射しているために、偏光方向が被検物の軸の方向に一致した場合、偏光状態が変化を受けずに透過してしまうため複屈折の情報を検出し得ない。
However, in
又、特許文献4、特許文献5では、面測定により測定時間の短縮をしているが、口径の広い被検物を一度に測定するためには径の大きな偏光子及び波長板が必要となる。しかしながら、実際には径の大きな波長板の均一性は悪く、測定面を一様な偏光状態に揃えることは困難であるため、これに起因して複屈折の測定精度が低下してしまう。又、照明光においても測定面を一様な明るさに照明することは困難であり、検光子の回転に対する光強度を検出する上でこの不均一性が測定精度を低下させる原因となる。
In
又、特許文献6では被検物を透過した光に対して位相子であるλ/4板を介することにより透過光にλ/4の位相差を与え、このときの楕円偏光の長軸方向の変化から、実質的には被検物を透過した光の偏光の回転方向を求め、例えば位相差が0〜λ/4とλ/4〜λ/2とで偏光の回転方向が左右異なることを利用して計測可能な相対位相差のレンジを拡大している。しかしながら、実際の被検物では、素子の部分部分によって光学軸の方向は異なっているのが一般的である。本来、被検物を透過した光にλ/4の位相差を与えるためには被検物のある測定点の光学軸の方向に対してλ/4板の光学軸を45度といった所望の角度で配置しなければならない。従って、特許文献6の方法を用いた場合、素子の部分部分によって光学軸の方向が異なる被検物に対しては、必ずしもλ/4の位相差を与えることができないため、偏光の回転方向を正確に判断することが困難になる。
Further, in
一方、測定値の精度に関して、特許文献3にあるように複屈折量、即ち相対位相差δは測定点での主軸方向φ、検光子の回転角θ、入射光強度Io、透過光強度Iの三角関数で後述の式(3)として表記される。実際の測定においては、検光子の回転角θを変えながら強度比I/Ioを測ることになる。このときの強度比I/Ioの変化を図5に示す。図5中、実線は式(3)の理論曲線で丸点は測定値である。この式(3)を相対位相差δについて解いたものが後述の式(7)であり、グラフを図12に示す。図12から分かるように相対位相差δの値は強度比I/Ioの値によってI/Ioの微小変化に対する敏感度が異なる。測定強度I及びIoはCCD等の受光器のbit数に応じた離散値として観測されることから、図12でのδ=±λ/4近傍では、δ=0近傍に対して測定精度が数倍から数百倍劣化してしまうという問題があった。
On the other hand, regarding the accuracy of the measured value, as described in
従って、被検物の複屈折を面で広レンジで高精度に測定するためには、測定面の照明ムラや偏光度を考慮した測定をした上で、各測定点の異なる主軸方向(光学軸の方向)に対応して位相をシフト行わなければならない。 Therefore, in order to measure the birefringence of the test object in a wide range and with high accuracy, the measurement surface is measured in consideration of the illumination unevenness and the degree of polarization, and the main axis direction (optical axis) at each measurement point is different. The phase must be shifted corresponding to the direction of
本発明は以上の点を鑑みて、被検物の複屈折量と主軸方向を高い測定精度と広い測定レンジを保ちながらも広い測定面を一度に測定可能な複屈折測定方法及びそれを用いた装置を提案することを目的としている。 In view of the above points, the present invention uses a birefringence measurement method capable of measuring a wide measurement surface at a time while maintaining a high measurement accuracy and a wide measurement range with respect to the amount of birefringence and the principal axis direction of the test object and the same. The aim is to propose a device.
本発明の複屈折測定方法は、光源からの光束を拡散板により実質的に均一にし、且つ円偏光とした上で被検物に照射し、前記被検物を透過した光束について直線偏光板を回転することにより現れる明暗の変化をCCDカメラにより画素毎に記録した複数の画像を第1の画像とし、前記被検物を挿入せずに前記直線偏光板を同じ回転幅で回転することにより現れる明暗の変化をCCDカメラにより画素毎に記録した複数の画像を第2の画像とし、画素毎に第1の画像と第2の画像を比較することで、前記被検物の複屈折量と光学軸を測定面内の複数箇所で求める複屈折測定方法において、少なくとも第1及び第2の画像についてCCDカメラの輝度信号から光強度に変換し、前記被検物の透過率と被検物を照射する光束の偏光度と消光比を基に補正処理を行うことを特徴とする。 In the birefringence measurement method of the present invention, a light beam from a light source is made substantially uniform by a diffuser plate and is circularly polarized, and is irradiated on a test object, and a linearly polarizing plate is applied to the light beam transmitted through the test object. A plurality of images recorded for each pixel by a CCD camera that show changes in brightness appearing by rotating are used as the first image, and appear by rotating the linearly polarizing plate with the same rotation width without inserting the test object. A plurality of images in which changes in brightness are recorded for each pixel by a CCD camera are used as a second image, and the first image and the second image are compared for each pixel, so that the amount of birefringence and optical properties of the test object are compared. In a birefringence measurement method for obtaining an axis at a plurality of locations in a measurement surface, at least first and second images are converted from luminance signals of a CCD camera into light intensity, and the transmittance of the test object and the test object are irradiated. Based on the degree of polarization and extinction ratio And performing a positive process.
また、本発明の複屈折測定方法は、円偏光(例えば、光源から発する無偏光光を偏光板を介して直線偏光とし、その直線偏光光をλ/4板等を介して円偏光に変換しても良い。)を被検物に照射し、前記被検物を透過した光束について直線偏光板(検光子)を回転することにより現れる明暗の変化をCCDカメラにより画素毎に記録する第1の測定で得られる複数の画像を第1の画像とし、各画素を最小単位とする測定領域において直線偏光板(検光子)の回転角に対する受光強度の変化の波形から被検物の複屈折量と光学軸の方向を測定面内の複数箇所で求める複屈折測定方法において、被検物と直線偏光板(検光子)の間に位相差が既知の波長板を挿入し、該波長板の光学軸と前記直線偏光板(検光子)の透過軸を所定の角度に保ったまま同時に回転することにより現れる明暗の変化をCCDカメラにより画素毎に記録する第2の測定で得られる複数の画像を第2の画像とし、画素毎に前記第1の画像と前記第2の画像を比較し被検物の複屈折量と光学軸の方向を測定することを特徴としている。 The birefringence measuring method of the present invention also converts circularly polarized light (for example, non-polarized light emitted from a light source into linearly polarized light through a polarizing plate, and converts the linearly polarized light into circularly polarized light through a λ / 4 plate or the like. The first and second changes are recorded on a pixel-by-pixel basis using a CCD camera to record the change in light and darkness that appears when the linearly polarizing plate (analyzer) is rotated with respect to the light beam that has passed through the object. A plurality of images obtained by measurement are set as a first image, and a birefringence amount of the test object is determined from a waveform of a change in received light intensity with respect to a rotation angle of a linear polarizing plate (analyzer) in a measurement region having each pixel as a minimum unit. In the birefringence measurement method for determining the direction of the optical axis at a plurality of locations in the measurement plane, a wave plate having a known phase difference is inserted between the test object and the linear polarizing plate (analyzer), and the optical axis of the wave plate And keep the transmission axis of the linear polarizer (analyzer) at a predetermined angle. A plurality of images obtained by the second measurement in which the change in brightness appearing by rotating at the same time is recorded for each pixel by the CCD camera is defined as a second image, and the first image and the second image are defined for each pixel. In comparison, the amount of birefringence of the test object and the direction of the optical axis are measured.
又、前記第1の測定で得られた透過光の強度変化の波形と前記第2の測定で得られた波形を比較し、第1の測定で得られる複屈折量の測定値が被検物の実際の複屈折量に対して周期的な変化をすることに起因して測定可能な複屈折量の範囲を超えているか否かの判定をし、測定可能な複屈折量の範囲を超えている場合には測定された複屈折量に周期的変化に応じた量を加味して測定レンジを拡大するとともに、前記第1の測定により得られた複屈折量の値が測定精度の低い領域の複屈折量であった場合に、前記第2の測定結果から挿入した波長板の位相差を差し引いた値をその測定点での複屈折量とすることを特徴としている。 Also, the waveform of the intensity change of the transmitted light obtained in the first measurement is compared with the waveform obtained in the second measurement, and the measured value of the birefringence obtained in the first measurement is the test object. Determine whether or not the range of measurable birefringence exceeds the range of measurable birefringence due to periodic changes to the actual amount of birefringence. In the case where the measured birefringence amount is added to the measured birefringence amount in accordance with the periodic change, the measurement range is expanded, and the birefringence value obtained by the first measurement is in a region where the measurement accuracy is low. In the case of the birefringence amount, a value obtained by subtracting the phase difference of the inserted wave plate from the second measurement result is used as the birefringence amount at the measurement point.
又、前記第2の測定で挿入する波長板はλ/4板であることを特徴としている。 The wave plate inserted in the second measurement is a λ / 4 plate.
又、前記直線偏光板(検光子)の透過軸と前記第2の測定で挿入する波長板の進相軸は45度傾けて配置することを特徴としている。 In addition, the transmission axis of the linearly polarizing plate (analyzer) and the fast axis of the wave plate inserted in the second measurement are inclined by 45 degrees.
さらに本発明の複屈折測定方法は、光源からの光束を拡散板により均一にし、該光束を位相差板(λ/4板)により円偏光とした後に被検物を挿入せずに直線偏光板(検光子)を回転することにより現れる明暗の変化をCCDカメラにより画素毎に記録する第1の測定で得られる複数の画像を第1の画像とし、前期円偏光板と直線偏光板(検光子)の間に被検物を挿入し、被検物を透過した光束について直線偏光板(検光子)を同じ回転幅で回転することにより現れる明暗の変化をCCDカメラにより画素毎に記録する第2の測定で得られる複数の画像を第2の画像とし、画素毎に第1の画像と第2の画像を比較することで、被検物の複屈折量と光学軸の方向を測定面内の複数箇所で求める複屈折測定方法において、第1及び第2の画像についてCCDカメラの輝度信号から光強度に変換し、被検物の透過率と被検物を照射する光束の偏光度と消光比を基に補正処理を行い、被検物と直線偏光板(検光子)の間に位相差が既知の波長板を挿入し、該波長板の光学軸と前記直線偏光板(検光子)の透過軸を所定の角度に保ったまま同時に回転することにより現れる明暗の変化をCCDカメラにより画素毎に記録する第3の測定で得られる複数の画像を第3の画像とし、画素毎に前記第1の画像と前記第2の画像と該第3の画像を比較することで被検物の複屈折量と光学軸の方向を測定することを特徴としている。 Furthermore, the birefringence measuring method of the present invention is a linear polarizing plate in which a light beam from a light source is made uniform by a diffusion plate, the light beam is made circularly polarized by a phase difference plate (λ / 4 plate), and a test object is not inserted. A plurality of images obtained by the first measurement in which a change in brightness appearing by rotating the (analyzer) is recorded for each pixel by a CCD camera is defined as a first image, and a circularly polarizing plate and a linearly polarizing plate (analyzer) The test object is inserted between the two), and the change in brightness and darkness that appears when the linearly polarizing plate (analyzer) is rotated at the same rotation width for the light beam transmitted through the test object is recorded for each pixel by the CCD camera. By comparing the first image and the second image for each pixel, the birefringence amount of the test object and the direction of the optical axis can be determined in the measurement plane. In the birefringence measurement method obtained at a plurality of locations, the first and second images are connected. The brightness signal of the CCD camera is converted into light intensity, and correction processing is performed based on the transmittance of the test object and the polarization degree and extinction ratio of the light beam that irradiates the test object. A wave plate with a known phase difference is inserted between the photons), and light and dark appear by rotating simultaneously while maintaining the optical axis of the wave plate and the transmission axis of the linearly polarizing plate (analyzer) at a predetermined angle. A plurality of images obtained by a third measurement in which changes are recorded for each pixel by a CCD camera are used as a third image, and the first image, the second image, and the third image are compared for each pixel. Thus, the birefringence amount of the test object and the direction of the optical axis are measured.
又、前記第2の測定で得られた透過光の強度変化の波形と前記第3の測定で得られた波形を比較し、第2の測定で得られる複屈折量の測定値が被検物の実際の複屈折量に対して周期的な変化をすることに起因して測定可能な複屈折量の範囲を超えているか否かの判定をし、測定可能な複屈折量の範囲を超えている場合には測定される複屈折量の周期的変化に応じた量を加味して測定レンジを拡大するとともに、前記第2の測定により得られた複屈折量の値が測定精度の低い領域の複屈折量であった場合に、前記第3の測定結果から挿入した波長板の位相差を差し引いた値をその測定点での複屈折量とすることを特徴としている。 Further, the waveform of the intensity change of the transmitted light obtained in the second measurement is compared with the waveform obtained in the third measurement, and the measured value of the birefringence obtained in the second measurement is the test object. Determine whether or not the range of measurable birefringence exceeds the range of measurable birefringence due to periodic changes to the actual amount of birefringence. The measurement range is expanded by taking into account the amount corresponding to the periodic change in the amount of birefringence to be measured, and the value of the birefringence obtained by the second measurement is in a region where the measurement accuracy is low. When the amount is birefringence, the value obtained by subtracting the phase difference of the inserted wave plate from the third measurement result is used as the amount of birefringence at the measurement point.
又、前記測定光学系の消光比によるダークレベル及びCCDカメラのダークレベルは、前記CCDカメラの輝度信号から光強度に変換するための変換テーブル、又は変換関数に組み込まれていることを特徴としている。 The dark level based on the extinction ratio of the measurement optical system and the dark level of the CCD camera are incorporated in a conversion table or conversion function for converting the luminance signal of the CCD camera into light intensity. .
又、前記第1及び第2の画像についてCCDカメラの輝度信号から光強度に変換し、被検物の透過率と被検物を照射する光束の偏光度と消光比を基に補正処理を行い、被検物と直線偏光板の間に位相差が既知の波長板を挿入し、該波長板の光学軸と前記直線偏光板の透過軸を所定の角度に保ったまま同時に回転することにより現れる明暗の変化をCCDカメラにより画素毎に記録する第3の測定で得られる複数の画像を第3の画像とするとき、前記第1の画像と第2の画像、又は前記第1の画像と第3の画像の比較を対応画素毎に行うことで、照明ムラ及びCCD等による測定位置に依存するノイズの影響を受けないようにすることを特徴としている。 The first and second images are converted from the luminance signal of the CCD camera into light intensity, and correction processing is performed based on the transmittance of the test object, the degree of polarization of the light beam irradiating the test object, and the extinction ratio. The light and dark appearing by inserting a wave plate having a known phase difference between the test object and the linear polarizing plate, and rotating simultaneously while maintaining the optical axis of the wave plate and the transmission axis of the linear polarizing plate at a predetermined angle. When a plurality of images obtained by the third measurement in which changes are recorded for each pixel by a CCD camera are used as the third image, the first image and the second image, or the first image and the third image By comparing the images for each corresponding pixel, it is characterized in that it is not affected by uneven illumination and noise depending on the measurement position by a CCD or the like.
又、前記光源は白色又は白色に原色フィルターを用いることを特徴としている。 The light source is characterized by using a primary color filter for white or white.
又、前期光源には輝線があり、前記CCDカメラはカラー受光可能であることを特徴としている。 In addition, the light source in the previous period has a bright line, and the CCD camera can receive light in color.
又、前記測定方法による測定をPCモニタ画面上からコントロールすることを特徴としている。 Further, the measurement by the measurement method is controlled from the PC monitor screen.
又、前記被検物の透過率及び偏光度の補正には、測定点の検光子の回転に対する第1の画像と第2の画像、又は第1の画像と第3の画像の光強度比の変化の最大値と最小値の平均値の所望の値からのずれ量を基に補正を行うことを特徴としている。 The correction of the transmittance and the degree of polarization of the test object is performed by changing the light intensity ratio between the first image and the second image or the first image and the third image with respect to the rotation of the analyzer at the measurement point. The correction is performed based on an amount of deviation of the average value of the maximum value and the minimum value from a desired value.
又、前記被検物の透過率及び偏光度の補正には、測定点の検光子の回転に対する第1の画像の光強度Iと第2の画像の光強度の2倍Ioの比I/Ioの変化の最大値と最小値の平均値をIaveとするとき、以下の式により補正された光強度比(I/Io)’から複屈折量と光学軸の方向を求めることを特徴としている。 Further, for correcting the transmittance and the degree of polarization of the test object, a ratio I / Io of the light intensity I of the first image to the light intensity I of the second image Io with respect to the rotation of the analyzer at the measurement point. When the average value of the maximum value and the minimum value of the change is Iave, the birefringence amount and the direction of the optical axis are obtained from the light intensity ratio (I / Io) ′ corrected by the following equation.
T=Iave/0.5
(I/Io)’=[{I/Io+(1−T)/2}−0.5]/T+0.5
又、前記測定光路の他に該測定光路から分岐した先端部に拡散板及び偏光板若しくはそのいずれかを有するファイバーに変換可能で、該ファイバーの射出面を通る光軸が前記CCDカメラの光軸と一致しないことを特徴としている。
T = Iave / 0.5
(I / Io) ′ = [{I / Io + (1−T) / 2} −0.5] /T+0.5
Further, in addition to the measurement optical path, it can be converted into a fiber having a diffusion plate and / or a polarizing plate at the tip branched from the measurement optical path, and the optical axis passing through the exit surface of the fiber is the optical axis of the CCD camera. It is characterized by not matching.
さらに本発明の複屈折測定装置は、上記の複屈折測定方法を用いることを特徴としている。 Furthermore, the birefringence measuring apparatus of the present invention is characterized by using the above-described birefringence measuring method.
さらに本発明の光学素子は、前記の複屈折測定装置を用いることにより複屈折量及び光学軸の方向を測定し、加工条件又は補正素子等によって光学性能を補償したことを特徴としている。 Furthermore, the optical element of the present invention is characterized in that the amount of birefringence and the direction of the optical axis are measured by using the above-described birefringence measuring apparatus, and the optical performance is compensated by a processing condition or a correction element.
さらに本発明の光学系は、前記の光学素子を用いたことを特徴としている。 Furthermore, the optical system of the present invention is characterized by using the above-described optical element.
ここで、光強度とは、CCDに入射する光の強度そのものを指し、CCDのbit数に応じて階調化されたものを輝度信号とする。 Here, the light intensity refers to the intensity of light incident on the CCD itself, and a gradation signal corresponding to the number of bits of the CCD is used as a luminance signal.
被検物の複屈折の面測定を行う場合に測定精度を低下させる要因として、特に次の4つが挙げられる。第1の要因は、受光素子の感度特性、第2の要因は、測定面の照明ムラ、第3の要因は被検物の透過率、第4の要因は、測定光学系の各素子の製造誤差である。 The following four factors are particularly cited as factors that lower the measurement accuracy when performing birefringence surface measurement of a test object. The first factor is the sensitivity characteristic of the light receiving element, the second factor is the illumination unevenness of the measurement surface, the third factor is the transmittance of the test object, and the fourth factor is the manufacture of each element of the measurement optical system. It is an error.
第1の要因について、CCD等の受光素子を用いる場合、このカメラ自身がγ特性を持っている場合が多く、図9に示すように、カメラのbit数に応じて出力輝度信号と入力光強度が非線形な間系になっている。従って、カメラの出力輝度信号を正しく入力光強度に変換する必要がある。ここでは、図9に四角い点で示したマークが測定値であり、測定点の間は線形に変化すると近似している。測定点の補間には近似が入るため、このような変換テーブルの測定点を増やすことが測定精度向上に影響する。さらにこの変換テーブルを作成するときにカメラの黒レベルを決める。 As for the first factor, when a light receiving element such as a CCD is used, the camera itself often has a γ characteristic. As shown in FIG. 9, the output luminance signal and the input light intensity according to the number of bits of the camera. Is a nonlinear intersystem. Therefore, it is necessary to correctly convert the output luminance signal of the camera into the input light intensity. Here, a mark indicated by a square point in FIG. 9 is a measured value, and it is approximated that a linear change occurs between the measured points. Since approximation is included in the interpolation of measurement points, increasing the number of measurement points in such a conversion table affects the improvement of measurement accuracy. Further, the black level of the camera is determined when creating this conversion table.
第2の要因について、本発明の測定原理では、ある測定点に対して被検物を挿入説に測定したブランク画像と被検物画像の光強度比I/Ioの検光子の回転に対する変化から求めるため、ブランク画像の光強度の2倍Ioを全測定点において同じ値を用いた場合、照明の部分的なムラや像面照度分布による光強度の位置によるばらつきが測定精度に影響する。このような照明ムラを補正するために、各画素を最小単位とするある範囲の測定点ごとに光強度比I/Ioを計算すれば良い。これにより、容易に予測が可能で関数で表せるような照度分布を含め、それ以外の要因によるムラの影響を受けにくい測定をすることができる。 Regarding the second factor, in the measurement principle of the present invention, the change in the light intensity ratio I / Io between the blank image and the test object image measured with the test object inserted at a certain measurement point with respect to the rotation of the analyzer is determined. Therefore, when the same value of Io twice the light intensity of the blank image is used at all measurement points, partial unevenness of illumination and variations due to the position of the light intensity due to the image plane illuminance distribution affect the measurement accuracy. In order to correct such illumination unevenness, the light intensity ratio I / Io may be calculated for each range of measurement points with each pixel as the minimum unit. As a result, it is possible to perform measurement that is not easily affected by unevenness due to other factors, including an illuminance distribution that can be easily predicted and expressed as a function.
第3の要因について、被検物の光学素子は透明体であることが多いが、この被検物の透過率は100%ではない。このことは被検物画像の光強度Iの値を小さくすることになるため光強度比I/Ioの値が変化してしまい、透過率が低いほど測定精度を劣化させることになる。予め被検物の透過率を測定し、Iの値を補正する方法もあるが、被検物の厚みが部分的に異なり透過率も部分的に異なる場合を考えると測定効率の面で好ましくない。測定効率を落とすことなく被検物の透過率を考慮した補正方法は、次に示す第4の要因の補正と合わせて説明する。 Regarding the third factor, the optical element of the test object is often a transparent body, but the transmittance of the test object is not 100%. This decreases the value of the light intensity I of the test object image, so that the value of the light intensity ratio I / Io changes, and the measurement accuracy deteriorates as the transmittance decreases. There is a method of measuring the transmittance of the test object in advance and correcting the value of I, but considering the case where the thickness of the test object is partially different and the transmittance is also partially different, it is not preferable in terms of measurement efficiency. . A correction method in consideration of the transmittance of the test object without reducing the measurement efficiency will be described together with the correction of the fourth factor described below.
第4の要因について、本発明の測定器は大面積を一括で測定できることを特徴のひとつとしているが、測定面を広くするとともに大型の偏光板や波長板が必要になる。一般に直径が150mmを超えるような大きな波長版となると、所望の位相差を全面に渡って均一に発生させることは困難になってくる。このため、偏光板とλ/4板で円偏光を生成しようとしても完全な円偏光にはならない。これによる問題としては、被検物に対して円偏光を照射することで被検物の持つ主軸方向の影響を受けない測定を行うことに矛盾する。又、消光比が悪くなるので測定系の黒レベルが微少ながら上がることになり測定精度を劣化させる。消光比については、水晶等の非常に精度良く作成されたλ/4板を被検物台に配置すればこのλ/4板を透過した光は直線偏光になるはずであるので、検光子の回転に対して消光状態のときの画像から黒レベルを決定し、予め前記のカメラの光強度変換テーブルを作成する際に考慮すれば良い。一方、被検物への照射光が楕円偏光になることについては、これにより楕円の方向により決まる一定の方向に相対位相差が大きく現れ、これに直交する方向では小さく現れることになる。これは、ブランク画像の光強度の2倍Ioが検光子の回転に対して一定ではなくなり、さらに主軸方向が影響して光強度比I/Ioの変化が正しく求められないためである。以下にこれと同時に被検物の透過率も補正する方法を示す。被検物の透過率が100%でない場合、本測定で得られる検光子の回転に対する光強度比I/Ioの変化は図10のようになる。ブランク画像から求まる各測定点での光強度の2倍Ioに対して被検物を透過することで検光子の回転全域に渡って被検物の画像は透過率の分だけ暗くなる。よって図10のように光強度比I/Ioの波形の振動中心IaveがI/Io=1/2よりも下がることになる。この状態で例えば相対位相差をImaxの値若しくはIminの値から算出すると誤った結果が得られてしまう。主軸方向についても同様である。被検物への照射光が微少に楕円偏光になっている場合にも同様に振幅の中心がI/Io=1/2からずれることになる。従って、得られる波形の振動中心IaveのI/Io=1/2からのずれ量から補正量を決定すれば良く、以降、このずれ量から決まる式(1)に示す値を透過率誤差補正係数Tと呼ぶことにする。 Regarding the fourth factor, the measuring device of the present invention is characterized in that a large area can be measured in a lump, but it requires a large polarizing plate and a wave plate as well as a wide measuring surface. In general, when a large wavelength plate having a diameter exceeding 150 mm is used, it is difficult to uniformly generate a desired phase difference over the entire surface. For this reason, even if it is going to produce | generate circularly polarized light with a polarizing plate and (lambda) / 4 plate, it does not become perfect circularly polarized light. As a problem due to this, there is a contradiction in performing measurement that is not affected by the principal axis direction of the test object by irradiating the test object with circularly polarized light. Further, since the extinction ratio is deteriorated, the black level of the measurement system is slightly increased and the measurement accuracy is deteriorated. Regarding the extinction ratio, if a λ / 4 plate made of crystal or the like is arranged with high accuracy is placed on the object table, the light transmitted through the λ / 4 plate should be linearly polarized. The black level is determined from the image in the extinction state with respect to the rotation, and may be taken into consideration when creating the light intensity conversion table of the camera in advance. On the other hand, regarding the irradiation light to the test object becoming elliptically polarized light, a relative phase difference appears large in a certain direction determined by the direction of the ellipse, and appears small in a direction orthogonal thereto. This is because the double Io of the light intensity of the blank image is not constant with respect to the rotation of the analyzer, and the change in the light intensity ratio I / Io cannot be correctly obtained due to the influence of the principal axis direction. A method for correcting the transmittance of the test object at the same time will be described below. When the transmittance of the test object is not 100%, the change in the light intensity ratio I / Io with respect to the rotation of the analyzer obtained in this measurement is as shown in FIG. By transmitting the test object with respect to twice the light intensity Io at each measurement point obtained from the blank image, the image of the test object becomes darker by the transmittance over the entire rotation of the analyzer. Therefore, as shown in FIG. 10, the vibration center Iave of the waveform of the light intensity ratio I / Io falls below I / Io = 1/2. In this state, for example, if the relative phase difference is calculated from the value of Imax or the value of Imin, an incorrect result is obtained. The same applies to the main axis direction. Similarly, when the irradiation light to the test object is slightly elliptically polarized, the center of the amplitude is similarly deviated from I / Io = 1/2. Therefore, the correction amount may be determined from the amount of deviation from I / Io = 1/2 of the vibration center Iave of the obtained waveform. Thereafter, the value shown in the equation (1) determined from this amount of deviation is the transmittance error correction coefficient. Call it T.
T= Iave/0.5・・・・・・(1)
補正の方法は、光強度比I/Ioに(0.5−Iave)、透過率誤差補正係数Tで書き換えると(1−T)/2を足して波形の振動中心IaveをI/Io=1/2にシフトする。さらに、透過強度が落ちている場合、波形の振動中心Iaveが下がると同時に、図10中の振幅Iampも小さくなっているのでIamp/Tとする。すなわち式(2)に従って各測定点における光強度比の補正を行えば良い。
T = Iave / 0.5 (1)
The correction method is as follows: the light intensity ratio I / Io is (0.5-Iave) and rewritten with the transmittance error correction coefficient T, (1-T) / 2 is added, and the vibration center Iave of the waveform is I / Io = 1. Shift to / 2. Further, when the transmission intensity is lowered, the amplitude of vibration Iamp in FIG. That is, the light intensity ratio at each measurement point may be corrected according to the equation (2).
(I/Io)’=[{I/Io+(1−T)/2}−0.5]/T+0.5・・・・・・(2)
図11に補正後の波形を示す。透過率誤差補正係数Tを用いた補正後の諸量にはプライムを付けて示す。
(I / Io) ′ = [{I / Io + (1−T) / 2} −0.5] /T+0.5 (2)
FIG. 11 shows the corrected waveform. Various amounts after correction using the transmittance error correction coefficient T are indicated with a prime.
以上のように、測定された画像データに対して、CCDの感度特性、照明ムラ、偏光度、及び被検物の透過率等の測定誤差に起因する要因を画像処理にて補正を行うことで、大面積でありながらも高い測定精度での計測が可能となる。 As described above, the image data is used to correct factors caused by measurement errors such as CCD sensitivity characteristics, illumination unevenness, degree of polarization, and transmittance of the test object. Even with a large area, measurement with high measurement accuracy is possible.
ここで上記の4つの測定精度劣化要因に加えて、図12に示したSin関数に寄与する測定精度の劣化が存在する。これを解決する手段を説明する。被検物と検光子の間に位相差が既知の例えばλ/4板のような波長板を挿入し、該波長板の光学軸と前記検光子の透過軸を+45度の角度に保ったまま同時に回転することにより現れる明暗の変化をCCDカメラにより画素毎に記録する。該波長板を挿入しない状態での前記被検物を透過した画像と前記被検物を除いた画像の比較から被検物の主軸方向は既に得られているので、波長板を挿入した状態で、ある測定点においては、検光子の回転角ピッチ毎に取り込んだ画像群のうち、この測定点の主軸方向に対してλ/4板の速軸が直交した状態での画像が必ず1つ存在する。これは各画素で同様であるので、検光子とλ/4板の軸のなす角が+45度の状態にして同時に回転し、測定を行うことで、位相が+λ/4だけシフトした状態の測定値を部分ごとに主軸方向の異なる被検物の全面にわたって一度の測定で得ることが可能である。 Here, in addition to the above four measurement accuracy degradation factors, there is a degradation in measurement accuracy that contributes to the Sin function shown in FIG. A means for solving this will be described. A wave plate such as a λ / 4 plate having a known phase difference is inserted between the test object and the analyzer, and the optical axis of the wave plate and the transmission axis of the analyzer are kept at an angle of +45 degrees. The change of brightness and darkness that appears by rotating simultaneously is recorded for each pixel by the CCD camera. Since the principal axis direction of the test object has already been obtained from the comparison of the image transmitted through the test object without the wave plate inserted and the image excluding the test object, the wave plate is inserted. At a certain measurement point, there is always one image in the state where the fast axis of the λ / 4 plate is orthogonal to the principal axis direction of this measurement point in the group of images captured for each rotation angle pitch of the analyzer. To do. Since this is the same for each pixel, the angle between the analyzer and the axis of the λ / 4 plate is +45 degrees, and the phase is shifted by + λ / 4 by rotating and measuring at the same time. It is possible to obtain the value by a single measurement over the entire surface of the test object having different main axis directions for each part.
以上のように、被検物の全面にわたって位相を+λ/4だけシフトすることが可能であるので、位相差を与える前後の測定値の変化から、被検物の測定点を透過した光の偏光の回転方向を判別できるので、実際の複屈折量に対して周期的に変化して測定されてしまう複屈折量も偏光の回転方向を考慮して測定レンジを2倍に広げることができる。さらに、上記の円偏光を照射光に用いた複屈折測定法では被検物の複屈折量がλ/4の整数倍のとき最も測定精度が劣化するが、これも位相を+λ/4だけシフトすることで最も測定精度が高い状態で測定することが可能となる。これは、λ/4板を挿入した状態では検光子が回転する間に測定点の位相をλ/4だけシフトできるのは一点しかないが、この一点が複屈折量を算出するために必要な点でもあるためである。 As described above, since the phase can be shifted by + λ / 4 over the entire surface of the test object, the polarization of the light transmitted through the measurement point of the test object from the change in the measured value before and after giving the phase difference. Thus, the birefringence amount that is periodically measured and measured with respect to the actual birefringence amount can be doubled in consideration of the polarization rotation direction. Furthermore, in the birefringence measurement method using the circularly polarized light as the irradiation light, the measurement accuracy is most deteriorated when the birefringence amount of the test object is an integral multiple of λ / 4, but this also shifts the phase by + λ / 4. By doing so, it becomes possible to perform measurement with the highest measurement accuracy. This is because there is only one point where the phase of the measurement point can be shifted by λ / 4 while the analyzer rotates with the λ / 4 plate inserted, but this one point is necessary for calculating the birefringence amount. This is because it is also a point.
以上説明したように、本発明によれば、被検物の複屈折量と主軸方向を高い測定精度を保ちながらも広い測定面を一度に定量的に測定することが可能である。 As described above, according to the present invention, it is possible to quantitatively measure a wide measurement surface at a time while maintaining high measurement accuracy for the amount of birefringence and the principal axis direction of the test object.
本発明の測定実施例を示す前に、本発明の測定方法の測定原理及びそれを用いた測定装置の構成について説明する。 Before showing measurement examples of the present invention, the measurement principle of the measurement method of the present invention and the configuration of a measurement apparatus using the same will be described.
本発明の実施例の測定原理を図2に、複屈折測定装置の構成を図1に示して説明する。図2において、測定方法は、白色光源とCCD等の2次元受光面との間の光路に、被検物1を偏光子4及びこれに対して軸を45傾けて配置されたλ/4板(位相差板、波長板)5からなる円偏光子(円偏光光を出射する光学系であって、直線偏光光を出射する光源とその偏光方向に対して45度傾いた光学軸を有するλ/4板とで構成されていても良い。)と検光子(直線偏光子、所定の直線偏光光のみを透過し、それと直交する直線偏光光を遮光する光学素子)7との間に配置し、検光子7の回転に対するCCD面での複数の濃淡画像をサンプリングする。被検物に複屈折が無い場合には、検光子7は円偏光に対してサンプリングすることになるので、理想的には検光子の回転に対する輝度信号変化は起こらない。被検物に複屈折がある場合には、被検物を透過した光は楕円偏光になっているので、検光子の回転に対する輝度信号変化が発生する。
The measurement principle of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2, and the configuration of the birefringence measurement apparatus will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the measurement method is as follows. In the optical path between a white light source and a two-dimensional light receiving surface such as a CCD, a
図1に、この光学系を備えた測定装置の概略図を示す。図1中、光源2はハロゲンランプ等の白色光源であり、レンズ11で平行光にし、折り返しミラー12は光路に挿脱することで光束を測定ステージであるカバーガラス6の方向、又はファイバー10の方向に切り替え可能である。折り返しミラー12により折り返された光束は集光レンズ11で光束径を拡大し、拡散板3を照射する。拡散板3により拡散された光束は直線偏光板4及びλ/4板5により円偏光となり測定ステージであるカバーガラス6を透って被検物1に入射する。複屈折をもつ被検物1により偏光状態を変えられて射出した光束は、検光子7を透り、結像レンズ8を有するCCDカメラ9により受光される。このとき、CCDカメラ9の焦点位置は被検物体面近傍にあり、検光子7及びCCDカメラ9はPC13により制御可能で、検光子7の回転角はステッピングモータ等により制御され、回転角に対する画像をPC13に蓄積する。偏光板4及び波長板5は保持枠に角度メモリが振ってあり、角度調整が容易に可能である。又、後に示す測定精度向上及びレンジの拡大のために被検物1と検光子7の間に脱着可能な波長板7’を配置し、検光子7の被検物側に隣接配置し、前記のモータにより検光子7と波長板7’が一体で回転することが可能である。
FIG. 1 shows a schematic diagram of a measuring apparatus equipped with this optical system. In FIG. 1, a
一方、折り返しミラー12を光路から除いた場合には光源2からの光束を集光レンズ11でファイバー10に入れる。ファイバーの先端部出射口近傍に配置された拡散板3、直線偏光子4及びλ/4板5により同様に円偏光を生成する。このようなファイバーを用いることで図3に示すような入射方向と射出方向が異なる光学素子に対しても任意の方向から照明することが可能である。図3の光学素子は、ガラス又はプラスチック等の透明体から成り、入射面から入射した光は複数回の反射を繰り返した後、射出面から射出する。光線は入射面から射出面まで透明体の内部を透るので、相対位相差を持った光が射出される。
On the other hand, when the
又、測定光の波長は照明系若しくは撮像系にてカラーフィルタ15やバンドパスフィルタといった波長選択素子を光路に挿入することで、測定目的に一致した波長で測定することが出来る。
Further, the wavelength of the measurement light can be measured at a wavelength that matches the measurement purpose by inserting a wavelength selection element such as a
しかしながら、実際にこのような測定装置を組んだ場合、直径150mmを超えるような大口径の被検物でも大面積で一度に測定できるようにするための高精度な円偏光子を手に入れることは非常に困難であるため、円偏光子を透過した光は完全な円偏光からずれた楕円偏光になってしまう。光束の細い位置に高精度の小型な円偏光子を用いた場合にも、大面積で測定するためにはレンズで光束を大きく広げるため、偏光状態の均一性は劣化してしまう。このような理由から被検物に入射する光の偏光状態が所望の状態からずれていることは、測定精度を劣化させる大きな要因になる。このため、従来はレーザビームを用いて非常に小面積での測定を繰り返す手法を行い、大面積の場合には高精度な測定ができずにいた。 However, when such a measuring device is actually assembled, a highly accurate circular polarizer is required to enable measurement of a large-diameter test object having a diameter exceeding 150 mm in a large area at once. Is very difficult, the light transmitted through the circular polarizer becomes elliptically polarized light deviated from perfect circularly polarized light. Even when a small circular polarizer with high accuracy is used at a narrow position of the light beam, since the light beam is broadened with a lens in order to measure in a large area, the uniformity of the polarization state deteriorates. For this reason, the polarization state of the light incident on the test object deviates from the desired state, which is a major factor that degrades the measurement accuracy. For this reason, conventionally, a method of repeating measurement in a very small area using a laser beam has been performed, and in the case of a large area, high-precision measurement could not be performed.
このような光学素子による偏光状態の乱れの他にも、照明光学系による測定面上での照明光強度ムラや、像面照度比の分布等の照明ムラもまた測定精度を劣化させる大きな要因になる。又、得られる濃淡画像はCCD等の受光器のもつbit数により、入射光強度に対する出力輝度信号の特性を有しているため、これらの画像の輝度信号変化をできるだけ正確に光強度に変換することも重要である。 In addition to the disturbance of the polarization state due to such optical elements, illumination light intensity unevenness on the measurement surface by the illumination optical system and illumination unevenness such as the distribution of the illuminance ratio of the image plane are also major factors that degrade the measurement accuracy. Become. Further, the obtained grayscale image has the characteristics of the output luminance signal with respect to the incident light intensity depending on the number of bits of a light receiver such as a CCD. Therefore, the luminance signal change of these images is converted into the light intensity as accurately as possible. It is also important.
そこで、PC13は、蓄積された複数の画像から上記の測定精度を劣化させる要因に対する本発明の補正処理を行い被検物の複屈折量及び主軸方向を算出し、モニタ14に表示する。モニタに表示される情報としては、各画素を最小単位とする測定面の各位置における複屈折量及び主軸方向のテキストデータ列、測定面の各点での複屈折量及び主軸方向をその量や方向に従って色や輝度信号或いは矢印により視覚的な理解を容易にするための2次元分布図、高さ方向に複屈折量を示す3次元分布図、各測定点での検光子の回転に対する輝度信号若しくは光強度の変化を示すグラフ等である。
Accordingly, the
又、これらの複屈折量と主軸方向の算出及びその表示は各画素に対応する範囲を最小単位とするものの任意の範囲で平均化若しくは最頻値等で出力することも可能である。 Further, the calculation and display of the birefringence amount and the principal axis direction can be output as an average or mode value in an arbitrary range although the range corresponding to each pixel is a minimum unit.
次に前記の測定原理の詳細と、PCに蓄積された濃淡画像の画像処理について説明する。円偏光子、被検物、検光子を透過してきた光の強度Iは式(3)で与えられる。 Next, details of the measurement principle and image processing of the grayscale image stored in the PC will be described. The intensity I of the light transmitted through the circular polarizer, the test object, and the analyzer is given by Expression (3).
I/Io=1/2・{1±sin2(θ−φ)sinδ}・・・・・・(3)
ここで、Ioは被検物への入射光強度、θは検光子の回転角、φは主軸方向、δは相対位相差である。式(3)の±は右回りの円偏光を用いる場合に+、左回りの円偏光を用いる場合に−となる。主軸方向φは0≦φ≦πの範囲と定義する。
I / Io = 1/2 · {1 ± sin2 (θ−φ) sinδ} (3)
Here, Io is the intensity of light incident on the test object, θ is the rotation angle of the analyzer, φ is the principal axis direction, and δ is the relative phase difference. In Expression (3), ± is + when using clockwise circularly polarized light, and − when using counterclockwise circularly polarized light. The main axis direction φ is defined as a range of 0 ≦ φ ≦ π.
式(3)からわかるように、ある測定点における検光子の回転に対して、sinδは試料の測定点ごとの相対位相差δに依存する定数であり振幅に寄与する項である。又、sin2(φ−θ)は−1≦sin2(φ−θ)≦1で変化し周期に寄与する項である。従って、式(3)の振幅の中心は1/2、最大振幅はsin2(φ−θ)=1のときで(sinδ/2)、周期はπとなる。 As can be seen from Equation (3), sin δ is a constant that depends on the relative phase difference δ for each measurement point of the sample and contributes to the amplitude with respect to the rotation of the analyzer at a certain measurement point. Further, sin2 (φ−θ) is a term that changes when −1 ≦ sin2 (φ−θ) ≦ 1 and contributes to the cycle. Therefore, the center of the amplitude in the equation (3) is 1/2, the maximum amplitude is sin2 (φ−θ) = 1 (sinδ / 2), and the period is π.
検光子を測定開始時の透過軸の方向をθ=0として、π(180度)まで回転させたときのPCに蓄積される画像例を図4に示す。このとき、検光子の回転角θ=0の基準となる方向は、装置に対して測定者がわかり易い方向に決めればよい。図4の画像は、相対位相差δが全測定点で+π/4で、主軸方向φがπ/8である被検物を想定した模式図である。 FIG. 4 shows an example of an image accumulated in the PC when the analyzer is rotated to π (180 degrees) with θ = 0 as the direction of the transmission axis at the start of measurement. At this time, the reference direction for the rotation angle θ = 0 of the analyzer may be determined so that the measurer can easily understand the apparatus. The image in FIG. 4 is a schematic diagram assuming a test object having a relative phase difference δ of + π / 4 at all measurement points and a principal axis direction φ of π / 8.
図4のブランク画像とは、測定光学系内に被検物を配置せずにサンプリングした画像である。又、被検物画像とは、被検物を配置してサンプリングした画像である。サンプリング点数は式(3)でのフィッティング精度に関わるものである。被検物画像上のある一点に注目した場合、各θでのブランク画像の光強度の2倍Ioと被検物画像の光強度Iの比I/Ioの変化は図5のようになる。図5の横軸は検光子の回転角θ、縦軸は光強度比I/Ioであり、黒丸は測定値、実線は式(3)のフィッティングカーブである。 The blank image in FIG. 4 is an image sampled without placing a test object in the measurement optical system. The test object image is an image obtained by arranging the test object and sampling it. The number of sampling points is related to the fitting accuracy in equation (3). When attention is paid to a certain point on the test object image, the change in the ratio I / Io between twice the light intensity Io of the blank image and the light intensity I of the test object image at each θ is as shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 5 is the rotation angle θ of the analyzer, the vertical axis is the light intensity ratio I / Io, the black circle is the measured value, and the solid line is the fitting curve of Equation (3).
次に、複屈折量の導出について説明する。複屈折量の導出は被検物の測定点での相対位相差δを求めることに他ならない。さらに相対位相差δはフィッティングカーブの振幅から容易に得ることができる。 Next, the derivation of the amount of birefringence will be described. Deriving the amount of birefringence is nothing but finding the relative phase difference δ at the measurement point of the test object. Further, the relative phase difference δ can be easily obtained from the amplitude of the fitting curve.
各測定点での検光子の回転角θに対する光強度比I/Ioの変化を式(3)の関数でフィッティングすることで、次に示す計算より振幅から複屈折量、位相から主軸方向が求められる。 By fitting the change in the light intensity ratio I / Io with respect to the angle of rotation θ of the analyzer at each measurement point using the function of Equation (3), the birefringence amount is obtained from the amplitude and the principal axis direction is obtained from the phase by the following calculation. It is done.
この曲線が最大値(I/Io)maxをとるのは、sinδ>0のときは、sin2(θ−φ)=1、即ち(θ−φ)=π/4のときであり、sinδ<0のときは、sin2(θ−φ)=−1、即ち(θ−φ)=3π/4のときであり、式(4)となる。 This curve takes the maximum value (I / Io) max when sin δ> 0, and when sin 2 (θ−φ) = 1, that is, (θ−φ) = π / 4, and sin δ <0. When sin2 (θ−φ) = − 1, that is, (θ−φ) = 3π / 4, Equation (4) is obtained.
(I/Io)max=1/2・{1+sinδ}・・・・・・(4)
従って、ある一測定点に注目した場合、I/Ioのフィッティングカーブからsinδの正負とsin2(θ−φ)の正負は同時に求めることができない。従って、例えば測定面中央等の全測定範囲内の任意の一点を複屈折量の基準点とし、この点での相対位相差δを例えば正と決めることで解決できる。δを正と決めたことでこの点でのsin2(θ−φ)の正負が決まるため、主軸方向φを決定することができる。このように、基準点を設けることで隣接画素(測定点)間で相対位相差や主軸方向がsinδやsin2(θ−φ)の正負を反転させるほど急激な変化を起こすことが想定しがたいことを考慮すれば、隣接画素間の測定値の連続性から、相対位相差を−π/2≦δ≦π/2の範囲で測定することができる。
(I / Io) max = 1/2 · {1 + sin δ} (4)
Therefore, when paying attention to one measurement point, the sign of sin δ and the sign of sin 2 (θ−φ) cannot be obtained simultaneously from the fitting curve of I / Io. Therefore, this can be solved by, for example, determining an arbitrary one point in the entire measurement range such as the center of the measurement surface as a reference point for the amount of birefringence and determining the relative phase difference δ at this point as, for example, positive. Since δ is determined to be positive, the sign of sin 2 (θ−φ) at this point is determined, so that the main axis direction φ can be determined. Thus, it is difficult to assume that the reference point is provided so that the relative phase difference and the main axis direction between adjacent pixels (measurement points) change so rapidly that the sign of sin δ or sin 2 (θ−φ) is reversed. Considering this, the relative phase difference can be measured in the range of −π / 2 ≦ δ ≦ π / 2 from the continuity of the measurement values between adjacent pixels.
これより、フィッティングカーブの最大値から相対位相差δが求まる。又、相対位相差δと複屈折量の関係は測定波長λを用いて式(5)で表せる。 Thus, the relative phase difference δ is obtained from the maximum value of the fitting curve. Further, the relationship between the relative phase difference δ and the amount of birefringence can be expressed by Equation (5) using the measurement wavelength λ.
複屈折量=(δλ)/(2π)・・・・・・(5)
図5に示した前記の例では、sin2(θ−φ)=1のときの振幅が0.85355であるので、式(4)からδ=+π/4であることがわかる。
Birefringence amount = (δλ) / (2π) (5)
In the above example shown in FIG. 5, since the amplitude when sin2 (θ−φ) = 1 is 0.85355, it can be seen from equation (4) that δ = + π / 4.
次に、主軸方向の導出について説明する。ここでの主軸方向とは速波の振動面の方向として定義する。 Next, derivation in the main axis direction will be described. The main axis direction here is defined as the direction of the vibration surface of the fast wave.
検光子を180度回転させる間に回転角θが被検物の主軸方向φと一致したときには、(θ−φ)=0となり、光強度比I/Ioは式(6)となる。 When the rotation angle θ coincides with the main axis direction φ of the test object while rotating the analyzer by 180 degrees, (θ−φ) = 0, and the light intensity ratio I / Io is expressed by equation (6).
I/Io=1/2・・・・・・(6)
光強度比I/Ioのフィッティングカーブの振幅が1/2となるときのθが、主軸方向φそのものとなる。又、I/Io=1/2となる角度は1周期の間に2点(φ−θ=0、π/2)存在するが、速波の振動面から反時計回りに90度のところに遅波の振動面があり、この90度の間に振幅の最大値があるので、φ−θ=0の前後では、検光子の回転に対して強度比I/Ioが増加しながら1/2を跨ぐことになる。
I / Io = 1/2 (6)
Θ when the amplitude of the fitting curve of the light intensity ratio I / Io is ½ is the main axis direction φ itself. In addition, there are two angles (φ−θ = 0, π / 2) in one cycle that I / Io = 1/2, but it is 90 degrees counterclockwise from the vibration surface of the fast wave. Since there is a slow vibration surface and there is a maximum amplitude between 90 degrees, before and after φ−θ = 0, the intensity ratio I / Io increases with respect to the rotation of the analyzer and is ½. Will be crossed.
従って、式(3)から相対位相差δが正であれば主軸方向φと検光子の回転角θが一致する前後で、検出強度比I/Ioは増加しながら1/2を跨ぐことになるので、図5のグラフではθ=π/8でφに一致していることになり、即ち主軸方向φは22.5度(π/8)ということがわかる。 Therefore, if the relative phase difference δ is positive from the equation (3), the detected intensity ratio I / Io increases over 1/2 while before and after the main axis direction φ and the rotation angle θ of the analyzer coincide. Therefore, in the graph of FIG. 5, it can be seen that θ = π / 8 and coincides with φ, that is, the principal axis direction φ is 22.5 degrees (π / 8).
ただし、相対位相差δが負の場合はこれとは逆に、I/Ioが減少しながら1/2を跨ぐときのθが主軸方向となる。 However, when the relative phase difference δ is negative, conversely, θ is the main axis direction when I / Io decreases while straddling 1/2.
さらに本発明の測定精度を向上する方法を説明する。式(4)を相対位相差δについて解くと式(7)になる。 Furthermore, a method for improving the measurement accuracy of the present invention will be described. When Expression (4) is solved for the relative phase difference δ, Expression (7) is obtained.
δ=arcsin(2(I/Io)max−1)・・・・・・(7)
式(7)のグラフを図12に示す。図12から明らかなように、(I/Io)maxが0又は1に近くなるに従って、(I/Io)maxの誤差に対するδの値の変化の敏感度が高くなっている。言い換えると、被検物が±λ/4に近い複屈折量を持っている場合に測定精度が低くなってしまうことを意味する。そこで、例えばλ/4板のような既知の相対位相差を持った波長板を被検物と検光子の間に挿入して測定を行えば、当初は測定精度が低くなってしまうような相対位相差、即ちδ=±π/2近傍の値でも、測定精度の良い相対位相差にシフトし、結果から既知の相対位相差の分を差し引くことで高い精度を保った測定ができる。本発明では、この位相シフトと前記の測定レンジを拡大する際に偏光の回転方向を判別するために用いる波長板を共有し、1度の再測定でレンジの拡大と精度の向上を同時に行うことができるという特徴がある。波長板を挿入して相対位相シフトを行うときに、被検物を透過した光が楕円偏光の場合、被検物の測定点の軸の方向と波長板の軸の方向が一致してしまうと相対位相差を発生させることができないので、波長板の軸の方向は、最初の測定で求められた主軸方向に45度傾けて配置する必要がある。
δ = arcsin (2 (I / Io) max−1) (7)
The graph of Formula (7) is shown in FIG. As is apparent from FIG. 12, as (I / Io) max approaches 0 or 1, the sensitivity of the change in the value of δ with respect to the error of (I / Io) max increases. In other words, it means that the measurement accuracy is lowered when the test object has a birefringence amount close to ± λ / 4. Therefore, for example, if a wave plate having a known relative phase difference, such as a λ / 4 plate, is inserted between the test object and the analyzer and measured, the relative accuracy that initially results in low measurement accuracy is obtained. Even a phase difference, that is, a value in the vicinity of δ = ± π / 2, is shifted to a relative phase difference with good measurement accuracy, and a measurement with high accuracy can be performed by subtracting a known relative phase difference from the result. In the present invention, this phase shift and the wavelength plate used to determine the direction of polarization rotation when expanding the measurement range are shared, and the range is expanded and the accuracy is improved simultaneously by one remeasurement. There is a feature that can be. When the wave plate is inserted and relative phase shift is performed, if the light transmitted through the test object is elliptically polarized light, the direction of the axis of the measurement point of the test object coincides with the direction of the wavelength plate axis. Since a relative phase difference cannot be generated, the direction of the axis of the wave plate needs to be inclined by 45 degrees with respect to the principal axis direction obtained in the first measurement.
前記した測定法により、相対位相差が−π/2≦δ≦π/2の範囲で、又主軸方向が0≦φ≦πの範囲で求まる。ここでは、相対位相差δの測定範囲を−π≦δ≦πに拡大する手法について説明する。 By the measurement method described above, the relative phase difference is determined in the range of −π / 2 ≦ δ ≦ π / 2, and the principal axis direction is determined in the range of 0 ≦ φ ≦ π. Here, a method for expanding the measurement range of the relative phase difference δ to −π ≦ δ ≦ π will be described.
前記の相対位相差がδ=+π/4とした図5のグラフに示す計測結果は実は、δ=+3π/4のときと同じ波形をしている。これは式(3)から明らかなようにI/Ioの最大振幅はsinδの関数であり2πの周期で振動するため、δ=+π/4とδ=+3π/4のsinδの値は等しいからである。このsinδの値を−π≦δ≦πの範囲で図6に示す。 The measurement result shown in the graph of FIG. 5 where the relative phase difference is δ = + π / 4 actually has the same waveform as when δ = + 3π / 4. As is clear from equation (3), the maximum amplitude of I / Io is a function of sin δ and oscillates with a period of 2π, so the values of sin δ of δ = + π / 4 and δ = + 3π / 4 are equal. is there. The value of sin δ is shown in FIG. 6 in the range of −π ≦ δ ≦ π.
しかし、δ=π/4とδ=3π/4では、sinδの値は同じであるが、被検物を透過した後の偏光の回転方向が異なるため、この偏光の回転方向を検出すれば区別することが出来る。図7に、−π≦δ≦πの範囲でのsinδの値と偏光の回転方向を示す。図7に示すようにδ>0で右回りでは0≦δ≦π/2、δ>0で左回りではπ/2≦δ≦π、又、δ<0で右回りでは−π/2≦δ≦0、δ<0で左回りでは−π≦δ≦−π/2と区別することができる。 However, the value of sin δ is the same between δ = π / 4 and δ = 3π / 4, but the rotation direction of the polarized light after passing through the test object is different. I can do it. FIG. 7 shows the value of sin δ in the range of −π ≦ δ ≦ π and the direction of polarization rotation. As shown in FIG. 7, when δ> 0 and clockwise, 0 ≦ δ ≦ π / 2, δ> 0 and counterclockwise, π / 2 ≦ δ ≦ π, and when δ <0, clockwise, −π / 2 ≦ When δ ≦ 0 and δ <0, the counterclockwise direction can be distinguished from −π ≦ δ ≦ −π / 2.
次に、被検物を透過した偏光の回転方向を得る方法について説明する。被検物と検光子の間にλ/4板を挿入すると、相対位相差δがδ+λ/4となるので、これをδ’とし、図8に示すように位相がシフトする。このとき、−π≦δ≦−π/2及び0≦δ≦π/2ではsinδの値の正負は変わらないが、−π/2≦δ≦0及びπ/2≦δ≦πでは正負が変化することから、0≦δ≦π/2とπ/2≦δ≦π及び−π≦δ≦−π/2と−π/2≦δ≦0はそれぞれ区別することができる。 Next, a method for obtaining the rotation direction of polarized light transmitted through the test object will be described. When a λ / 4 plate is inserted between the test object and the analyzer, the relative phase difference δ becomes δ + λ / 4. Therefore, this is set as δ ′, and the phase shifts as shown in FIG. At this time, the value of sin δ does not change when −π ≦ δ ≦ −π / 2 and 0 ≦ δ ≦ π / 2, but when −π / 2 ≦ δ ≦ 0 and π / 2 ≦ δ ≦ π, Therefore, 0 ≦ δ ≦ π / 2 and π / 2 ≦ δ ≦ π and −π ≦ δ ≦ −π / 2 and −π / 2 ≦ δ ≦ 0 can be distinguished from each other.
従って、相対位相差δの検出範囲を−π/2≦δ≦π/2から−π≦δ≦πに広げることができる。 Therefore, the detection range of the relative phase difference δ can be expanded from −π / 2 ≦ δ ≦ π / 2 to −π ≦ δ ≦ π.
以上、本発明の複屈折測定における測定手法と測定精度向上のための画像処理のフローを図13に示す。 As described above, FIG. 13 shows a measurement technique in the birefringence measurement of the present invention and a flow of image processing for improving measurement accuracy.
はじめに、測定条件を入力する。測定条件とは、測定に用いる光源の波長λ、検光子の回転ピッチに伴う画像のサンプリング数、測定範囲等である。 First, input the measurement conditions. The measurement conditions are the wavelength λ of the light source used for measurement, the number of image samplings associated with the rotation pitch of the analyzer, the measurement range, and the like.
次に、CCDの輝度信号を光強度に変化するためのテーブルを作成する。ただし、CCDの特性が変化しない限り一度作成すれば測定の度に作成する必要はない。 Next, a table for changing the luminance signal of the CCD to the light intensity is created. However, as long as the characteristics of the CCD do not change, it is not necessary to create each time once it is created.
次に、検光子を測定条件に従うピッチで回転し、各角度でのブランク画像をPCに蓄積する。 Next, the analyzer is rotated at a pitch according to the measurement conditions, and a blank image at each angle is accumulated in the PC.
次に、被検物を配置し、ブランク画像の取り込みと同じ条件で被検物画像をPCに蓄積する。 Next, the test object is arranged, and the test object image is accumulated in the PC under the same conditions as the blank image capturing.
次に、蓄積されたブランク画像及び被検物画像から検光子の各回転角度での光強度比I/Ioの変化に対して式(3)でフィッティングし、透過率誤差係数Tを、波形の最大値Imaxと最小値Iminの平均Iaveの光強度比I/Io=1/2からのずれ量を基に、式(1)に従って算出する。求められた透過率誤差係数から式(2)に従って光強度比I/Ioの補正を行う。 Next, fitting is performed by Equation (3) with respect to the change of the light intensity ratio I / Io at each rotation angle of the analyzer from the accumulated blank image and the test object image, and the transmittance error coefficient T is determined by the waveform. Based on the deviation amount from the light intensity ratio I / Io = 1/2 of the average Iave between the maximum value Imax and the minimum value Imin, the calculation is performed according to the equation (1). The light intensity ratio I / Io is corrected from the obtained transmittance error coefficient according to the equation (2).
次に、複屈折量と主軸方向の算出条件を入力する。算出条件とは、測定範囲内の領域分割数等であり、最大の分割数はCCDの画素数である。分割数が画総数よりも小さい場合には、その分割領域内の平均値若しくは最頻値により算出する。 Next, the birefringence amount and the calculation condition in the principal axis direction are input. The calculation condition is the number of area divisions within the measurement range, and the maximum division number is the number of pixels of the CCD. When the number of divisions is smaller than the total number of images, calculation is performed based on an average value or a mode value in the divided area.
次に、測定位置とそこでの複屈折量と主軸方向をテキストデータや視覚的な画像データを作成及び表示する。 Next, text data and visual image data are created and displayed for the measurement position, the amount of birefringence, and the principal axis direction.
ここで、被検物の複屈折量が±λ/4近傍であり、高い精度での測定を必要とする場合や測定レンジを広げる必要がある場合には、被検物と検光子の間にλ/4のような既知の相対位相差を持つ波長板を挿入し、再度被検物画像の取り込みから繰り返す。この精度とレンジの拡張工程を行った場合には、先の測定結果と波長板挿入後再測定の測定結果から、各測定点ごとで、精度の高いデータを採用し、同様にテキストデータ及び画像データを作成及び表示する。 Here, when the amount of birefringence of the test object is in the vicinity of ± λ / 4 and measurement with high accuracy is required or when the measurement range needs to be expanded, there is a gap between the test object and the analyzer. A wave plate having a known relative phase difference such as λ / 4 is inserted, and the process is repeated from the capture of the test object image again. When this accuracy and range expansion process is performed, highly accurate data is adopted for each measurement point based on the previous measurement results and measurement results after re-measurement after the waveplate is inserted. Create and display data.
次に測定データをPCに保存し、測定が終了となる。 Next, the measurement data is stored in the PC, and the measurement is completed.
本発明の複屈折測定手法及びそれを用いた測定装置の第1の実施例を示す。被検物としては、本来、複屈折量及び主軸方向は当然ながら未知であるが、本実施例では本発明の検証の意味で、複屈折量及び主軸方向が正確に既知であることが望ましいので、水晶のλ/4板を被検物とした実施例を以下に示す。 1 shows a first embodiment of a birefringence measuring method and a measuring apparatus using the same according to the present invention. As a test object, the amount of birefringence and the principal axis direction are naturally unknown, but in this embodiment, it is desirable that the amount of birefringence and the principal axis direction are accurately known for the purpose of verification of the present invention. An example in which a λ / 4 plate of quartz is used as a test object is shown below.
測定光源はハロゲンの白色光源を用い、受光カメラに波長540nmのバンドパスフィルタを装着する。従って、被検物の複屈折量は135nmで主軸の方向は一方に揃っていることになる。 The measurement light source is a halogen white light source, and a band-pass filter having a wavelength of 540 nm is attached to the light receiving camera. Therefore, the amount of birefringence of the test object is 135 nm, and the direction of the main axis is aligned to one side.
又、被検物への照射光が円偏光からずれて微少に楕円偏光になっている場合、被検物の配置の方向依存が発生するため、被検物を測定面上で0度から135度まで45度ずつ回転させた4回の複屈折量のある測定点での測定結果を表1に示す。 In addition, when the irradiation light to the test object is slightly elliptical polarized light deviating from the circularly polarized light, the direction dependency of the test object arrangement occurs. Table 1 shows the measurement results at a measurement point having four birefringence amounts rotated by 45 degrees to 45 degrees.
表1中の輝度信号とは、8bitのCCDカメラで0から255まで256階調の輝度信号を用いて複屈折量を算出したものである。光強度とは、図9の光強度変換テーブルに従って輝度信号を光強度に変換して複屈折量を算出したものである。さらに、透過率誤差係数を算出し、補正を行った結果を透過率誤差補正の欄に示す。このときの透過率誤差係数Tの値を表2に示す。表1の透過率誤差補正結果から明らかなように、光強度変換のみのデータから算出された複屈折量の値は被検物の配置方向により大きくばらついているが、透過率誤差補正により、被検物の透過率が考慮されると共に入射光の円偏光からのずれによる誤差も低減され、どの方向に配置しても比較的近い値を示している。さらに、面測定であるために受光カメラにゴースト光が入り易いので、被検物と受光カメラの間に視野絞りを配置し、不要な光を除去することで測定精度を向上させた結果を表1のゴースト除去の欄に示す。さらに、予め測定しておいた消光比から受光カメラの黒レベルを1階調上げるという測定光学系の消光比を考慮した結果を表1の消光比補正の欄に示す。 The luminance signal in Table 1 is obtained by calculating the birefringence amount using a luminance signal of 256 gradations from 0 to 255 with an 8-bit CCD camera. The light intensity is obtained by converting the luminance signal into light intensity according to the light intensity conversion table of FIG. 9 and calculating the birefringence amount. Further, the transmittance error coefficient is calculated and the result of correction is shown in the column of transmittance error correction. The value of the transmittance error coefficient T at this time is shown in Table 2. As is clear from the transmission error correction results in Table 1, the birefringence value calculated from the data of only the light intensity conversion varies greatly depending on the arrangement direction of the test object. The transmittance of the specimen is taken into account, and the error due to the deviation of the incident light from the circularly polarized light is also reduced, indicating a relatively close value in any direction. Furthermore, because ghost light easily enters the light receiving camera because of surface measurement, a field stop is placed between the test object and the light receiving camera, and unnecessary light is removed to show the results of improved measurement accuracy. 1 is shown in the ghost removal column. Further, the result of considering the extinction ratio of the measurement optical system in which the black level of the light receiving camera is increased by one gradation from the extinction ratio measured in advance is shown in the extinction ratio correction column of Table 1.
本実施例の被検物全面の複屈折量を図14に、主軸方向を図15に示す。図14は、複屈折量の3次元鳥瞰図であり高さ方向に複屈折量を示している。図から分かる様に被検物全面に渡ってλ/4の値を示している。又、図15の主軸方向は被検物が波長板であるので一方向に揃った軸を有している様子が良く分かる。図15では、画素単位毎の主軸方向の情報を見易くするために領域毎の平均値に減らして表示している。 FIG. 14 shows the amount of birefringence over the entire surface of the test object in this example, and FIG. 15 shows the principal axis direction. FIG. 14 is a three-dimensional bird's-eye view of the birefringence amount, and shows the birefringence amount in the height direction. As can be seen from the figure, the value of λ / 4 is shown over the entire surface of the test object. Further, it can be clearly seen that the main axis direction in FIG. 15 has the axes aligned in one direction because the test object is a wave plate. In FIG. 15, in order to make the information in the main axis direction for each pixel unit easy to see, the average value for each region is reduced and displayed.
本発明の複屈折測定手法及びそれを用いた測定装置の第2の実施例を示す。図16にλ/4を超える相対位相差分布をもった被検物の測定例を示す。図16の横軸は測定した画素、縦軸は複屈折の量を示しており、実施例1と同じ測定方法で測定し、その一断面を示している。図中、×印は前記の測定レンジ拡大及び精度向上のためのλ/4板の挿入を行わない場合の測定結果を示している。複屈折量が135nmに近づくに従って、CCDの輝度信号に対する相対位相差の敏感度が上昇するため測定値がより離散的になっており、測定精度が劣化していることが分かる。 The 2nd Example of the birefringence measuring method of this invention and a measuring apparatus using the same is shown. FIG. 16 shows a measurement example of a test object having a relative phase difference distribution exceeding λ / 4. The horizontal axis of FIG. 16 indicates the measured pixel, and the vertical axis indicates the amount of birefringence, which is measured by the same measurement method as in Example 1 and shows a cross section thereof. In the figure, the x marks indicate the measurement results when the λ / 4 plate is not inserted to expand the measurement range and improve accuracy. It can be seen that as the birefringence amount approaches 135 nm, the sensitivity of the relative phase difference with respect to the luminance signal of the CCD increases, so that the measurement value becomes more discrete and the measurement accuracy deteriorates.
又、画素番号50付近で複屈折量が135nm即ちδ=λ/4となり、−λ/4≦δ≦λ/4の測定レンジの境界のデータであることが分かる。従って、図中画素番号0〜40の測定データ(a)及び画素番号55〜100の測定データ(b)のどちらかは測定レンジを超えていることが容易に推測できる。
Further, it can be seen that the birefringence amount is 135 nm, that is, δ = λ / 4 in the vicinity of the
次に、被検物と検光子の間にλ/4板を挿入し、このλ/4板の光学軸と検光子の透過軸が+45度の角度に保たれるように同時に回転することにより得られた強度比の変化を図17に示す。図17(a)及び(b)は、図16中の(a)及び(b)の測定領域内のある測定点に対応しおり、グラフ中黒丸印はλ/4板を挿入しない状態での測定値であり、白四角印はλ/4板を挿入した状態での測定値である。図17(a)では検光子の回転に対して強度比の振幅が位相をλ/4だけシフトしたことによって強度比がI/Io=1/2を跨いでいないが、図17(b)ではI/Io=1/2を跨いでいることから、測定点(b)ではλ/4の測定レンジを超えており、実際には図17中の□印のように135nmで折り返した分布になっていることが分かる。 Next, by inserting a λ / 4 plate between the test object and the analyzer, and rotating simultaneously so that the optical axis of the λ / 4 plate and the transmission axis of the analyzer are maintained at an angle of +45 degrees. The obtained intensity ratio change is shown in FIG. 17 (a) and 17 (b) correspond to certain measurement points in the measurement region (a) and (b) in FIG. 16, and the black circles in the graph indicate the measurement without inserting the λ / 4 plate. The white square marks are measured values with the λ / 4 plate inserted. In FIG. 17A, the intensity ratio does not cross I / Io = 1/2 because the amplitude of the intensity ratio shifts the phase by λ / 4 with respect to the rotation of the analyzer, but in FIG. 17B, Since I / Io = 1/2 is crossed, the measurement point (b) exceeds the measurement range of λ / 4, and in fact, the distribution is turned back at 135 nm as indicated by the □ mark in FIG. I understand that
さらに、λ/4だけ位相をシフトした状態で測定された複屈折量を黒点で示した。図12に示した計算上の理由から複屈折量が0に近い領域では測定精度が劣化しているが、逆に135nmに近い領域では向上していることが分かる。 Further, the amount of birefringence measured with the phase shifted by λ / 4 is indicated by a black dot. From the calculation reason shown in FIG. 12, it can be seen that the measurement accuracy is deteriorated in the region where the birefringence amount is close to 0, but conversely, it is improved in the region close to 135 nm.
δ 相対位相差
φ 主軸方向
θ 検光子の回転角
Io 被検物への入射光光強度
I 被検物透過後の光強度
T 透過率誤差補正係数
δ Relative phase difference φ Main axis direction θ Angle of rotation of the analyzer Io Light intensity incident on the test object I Light intensity after transmitting the test object T Transmission error correction coefficient
Claims (20)
少なくとも第1及び第2の画像についてCCDカメラの輝度信号から光強度に変換し、前記被検物の透過率と被検物を照射する光束の偏光度と消光比を基に補正処理を行うことを特徴とする複屈折測定方法。 The light beam from the light source is made substantially uniform by the diffusion plate and is made circularly polarized light. A plurality of images recorded for each pixel by a CCD camera is used as a first image, and changes in brightness appearing by rotating the linearly polarizing plate with the same rotation width without inserting the test object for each pixel. The plurality of images recorded in the second image is used as a second image, and the first image and the second image are compared for each pixel, so that the amount of birefringence and the optical axis of the test object are measured at a plurality of locations in the measurement surface. In the desired birefringence measurement method,
Convert at least the first and second images from the luminance signal of the CCD camera into light intensity, and perform correction processing based on the transmittance of the test object, the degree of polarization of the light beam irradiating the test object, and the extinction ratio. A birefringence measuring method characterized by the above.
T=Iave/0.5
(I/Io)´=[{I/Io+(1−T)/2}−0.5]/T+0.5 The first and second images are converted from the luminance signal of the CCD camera into light intensity, corrected based on the transmittance of the test object, the degree of polarization of the light beam that irradiates the test object, and the extinction ratio. A wave plate with a known phase difference is inserted between the specimen and the linear polarizing plate, and changes in brightness appear by rotating simultaneously while maintaining the optical axis of the wave plate and the transmission axis of the linear polarizing plate at a predetermined angle. When a plurality of images obtained by the third measurement recorded for each pixel by the CCD camera is used as the third image, the correction of the transmittance and the polarization degree of the test object is performed with respect to the rotation of the analyzer at the measurement point. When the average value of the maximum and minimum values of the change I / Io in the ratio I / Io between twice the light intensity Io of the first image and the light intensity I of the second or third image is corrected by the following equation: The amount of birefringence and the direction of the optical axis can be obtained from the obtained light intensity ratio (I / Io) ′. Birefringence measuring method according to any one of claims 1 to 15, characterized in.
T = Iave / 0.5
(I / Io) ′ = [{I / Io + (1−T) / 2} −0.5] /T+0.5
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